内容正文:
微专题18 函数的图象与性质
1.函数的单调性
(1)在公共定义域内,增+增=增,减+减=减.
(2)复合函数单调性的判断方法:若两个简单函数的单调性相同,则这两个函数组成的复合函数为增函数;若两个简单函数的单调性相反,则这两个函数组成的复合函数为减函数,简称“同增异减”.
2.函数的奇偶性
(1)若函数f(x)是奇函数,且在x=0处有定义,则一定有f(0)=0;若函数f(x)是偶函数,则f(x)=f(-x)=f(|x|).
(2)在公共定义域内,奇±奇=奇,偶±偶=偶,奇×奇=偶,偶×偶=偶,奇×偶=奇.
3.函数的周期性
(1)若f(x+a)=-f(x)或f(x+a)=或f(x+a)=-(a≠0),则y=f(x)是以2|a|为周期的周期函数.
(2)若f(x+a)=f(x-a)(a>0)恒成立,则y=f(x)是以2a为周期的周期函数.
(3)函数图象的对称与周期关系的常见结论:
①若函数y=f(x)图象的两条对称轴的方程分别为x=a,x=b,则函数的一个周期为2|a-b|.
②若函数y=f(x)图象的两个对称中心分别为点(a,0),(b,0),则函数的一个周期为2|a-b|.
③若函数y=f(x)图象的一条对称轴的方程为x=a,一个对称中心为点(b,0),则函数的一个周期为4|a-b|.
4.函数的对称性
已知函数f(x)是定义在R上的函数.
(1)若f(a+x)=f(b-x)恒成立,则函数y=f(x)的图象关于直线x=对称,特别地,若f(a+x)=f(a-x),即f(x)=f(2a-x)恒成立,则函数y=f(x)的图象关于直线x=a对称.
(2)若f(a+x)+f(b-x)=0恒成立,则f(x)的图象关于点对称.特别地,若f(a+x)+f(a-x)=0,即f(x)=-f(2a-x)恒成立,则f(x)的图象关于点(a,0)对称.
微点一 函数的图象与函数解析式
例1 (1)(2024·全国甲卷)函数f(x)=-x2+(ex-e-x)sin x在区间[-2.8,2.8]的图象大致为(B)
解析 (排除法)由题知函数f(x)的定义域为R,关于原点对称,f(-x)=-(-x)2+(e-x-ex)sin(-x)=-x2+(ex-e-x)sin x=f(x),所以函数f(x)为偶函数,函数图象关于y轴对称,排除A,C;f(1)=-1+sin 1>-1+sin=-1+->0,排除D.故选B.
(2)(2025·天津高考)已知函数y=f(x)的图象如图所示,则f(x)的解析式可能为(D)
A.f(x)=
B.f(x)=
C.f(x)=
D.f(x)=
解析 由题图可知函数f(x)的定义域为{x|x≠±1},且f(x)为偶函数,易得f(x)=与f(x)=均为奇函数,排除选项A,B.由题图可知当x>1时,f(x)>0,易得当x>1时,f(x)=<0,f(x)=>0,排除C,故选D.
训练1 (1)(2025·江西一模)函数f(x)=cos πx的部分图象大致为(A)
解析 函数f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),函数f(-x)=cos(-πx)=-cos πx=-f(x),f(x)是奇函数,所以排除B,C,又函数f(x)在原点附近大于0的零点为和1,可取大于0且接近于0的一个数,如0.1,得f(0.1)=(0.1-10)cos(0.1π)<0,所以排除D.故选A.
(2)(2025·合肥模拟)已知函数f(x)的图象如图所示,则函数f(x)的解析式可能为(B)
A.f(x)=cos 2x·(ex-e-x)
B.f(x)=sin 2x·ln
C.f(x)=
D.f(x)=·ln
解析 对于A,函数f(x)=cos 2x·(ex-e-x)的定义域为R,而题中函数图象在自变量为0时无意义,不符合题意,排除;对于C,当x>0时,f(x)=>0,与题中函数图象不符,排除;对于D,当x>0时,f(x)=·ln=[ln x2-ln(x2+1)]<0,与题中函数图象不符,排除.故选B.
微点二 函数性质的应用
考向1 单调性与奇偶性
例2 (1)设函数f(x)=2x(x-a)在区间(0,1)上单调递减,则a的取值范围是(D)
A.(-∞,-2] B.[-2,0)
C.(0,2] D.[2,+∞)
解析 函数y=2x在R上是增函数,而函数f(x)=2x(x-a)在区间(0,1)上单调递减,则函数y=x(x-a)=2-在区间(0,1)上单调递减,因此≥1,解得a≥2,所以a的取值范围是[2,+∞).故选D.
(2)(2025·济宁一模)已知函数f(x)=cos x是奇函数,则实数a=_1_.
解析 因为2x+1>0,可知函数f(x)的定义域为R,且函数f(x)是奇函数,则f(0)=a-1=0,解得a=1,则f(x)=cos x,又因为f(-x)+f(x)=cos(-x)+cos x=cos x=(2-2)cos x=0,即f(-x)=-f(x),可知函数f(x)是奇函数,所以a=1符合题意.
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函数单调性应用问题的常见类型及解题策略
(1)比较函数值的大小,应将自变量转化到同一个单调区间内,然后利用函数的单调性解决.
(2)在求解与抽象函数有关的不等式时,往往是利用函数的单调性将“f”符号脱掉,使其转化为具体的不等式求解.此时,应特别注意函数的定义域.
训练2 已知定义在R上的函数f(x)满足:f(x1+x2)=f(x1)+f(x2),且当x>0时,f(x)<0.则关于x的不等式f(x2)+f(2x)≥0的解集为(A)
A.[-2,0]
B.[0,2]
C.(-∞,-2]∪[0,+∞)
D.(-∞,0]∪[2,+∞)
解析 解法一:由题意得f((x1-x2)+x2)=f(x1-x2)+f(x2),即f(x1)-f(x2)=f(x1-x2),不妨令x1>x2,则x1-x2>0,所以f(x1-x2)<0,即f(x1)<f(x2),故f(x)在R上单调递减.在f(x1+x2)=f(x1)+f(x2)中,令x1=x2=0,则f(0)=f(0)+f(0),得f(0)=0.令x1=x,x2=-x,则f(x-x)=f(x)+f(-x),所以f(x)+f(-x)=0,故f(x)是奇函数.由f(x2)+f(2x)≥0,得f(x2)≥-f(2x),即f(x2)≥f(-2x),所以x2≤-2x,解得-2≤x≤0,即x∈[-2,0].故选A.
解法二:因为f(x1+x2)=f(x1)+f(x2),所以可令f(x)=kx,又当x>0时,f(x)<0,所以k<0,所以f(x2)+f(2x)≥0可转化为kx2+2kx≥0,即x2+2x≤0,解得-2≤x≤0,即x∈[-2,0].故选A.
考向2 奇偶性、周期性与对称性
例3 (2025·合肥模拟)(多选题)已知函数f(x)与其导函数g(x)的定义域均为R,且f(x-1)和g(2x+1)都是奇函数,且g(0)=,则下列说法正确的有(ACD)
A.g(x)关于x=-1对称
B.f(x)关于(1,0)对称
C.g(x)是周期函数
D.g(2i)=4
解析 因为f(x-1)为奇函数,所以f(x-1)=-f(-x-1),所以f′(x-1)=f′(-x-1),即g(x-1)=g(-x-1),所以g(x)的图象关于直线x=-1对称.故A正确;因为f(x-1)为奇函数,则其图象关于(0,0)对称,向左平移一个单位后得到f(x)的图象,则f(x)的图象关于(-1,0)对称,故B错误;因为g(2x+1)为奇函数,则g(2x+1)=-g(-2x+1),则有g(x+1)=-g(-x+1),所以g(x)=-g(-x+2) ①,又g(x-1)=g(-x-1),则g(x)=g(-x-2) ②,由①②得g(-x-2)=-g(-x+2),则g(x-2)=-g(x+2),则g(x)=-g(x+4),g(x+4)=-g(x+8),则g(x)=g(x+8),所以8是函数g(x)的一个周期,g(x)是周期函数,故C正确;因为g(0)=,g(x)=-g(-x+2),g(x)=-g(x+4),所以g(2)=-g(2-2)=-g(0)=-,g(4)=-g(0)=-,g(6)=-g(2)=,所以g(2i)=(-1-2+3+4-5-6+7+8-9-10+11+12)×=4,故D正确,故选ACD.
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周期性与奇偶性的综合应用
周期性与奇偶性相结合的问题多为求函数值问题,常利用奇偶性及周期性进行变换,将所求函数值对应的自变量转化到已知解析式的区间内求解.
训练3 (2025·南昌一模)(多选题)已知f(x)是R上的连续函数,满足∀x,y∈R有f(x+y)+f(x-y)=f(x)f(y),且f(1)=1.则下列说法中正确的是(BCD)
A.f(0)=0
B.f(x)为偶函数
C.f(x)的一个周期为6
D.是f(x)的一个对称中心
解析 因为f(x+y)+f(x-y)=f(x)f(y),且f(x)的定义域为R,关于原点对称,对于选项A:令x=y=0,则2f(0)=f2(0),解得f(0)=0或f(0)=2,若f(0)=0,令y=0时,f(x)+f(x)=2f(x)=f(x)f(0)=0,这与f(1)=1矛盾,故f(0)=2,故A错误;对于选项B:令x=0,则f(y)+f(-y)=f(0)f(y)=2f(y),即f(-y)=f(y),可知f(x)是偶函数,故B正确;对于选项D:因为f(0)=2,f(1)=1,当x=1,y=1时,f(2)+f(0)=f(1)f(1),故f(2)=-1,当x=2,y=1时,f(3)+f(1)=f(2)f(1),故f(3)=-2,当x=y=时,f(3)+f(0)=f2,故f=0,当x=时,f+f=ff(y)=0,所以f+f=0,是f(x)的一个对称中心,故D正确;对于选项C:因为f+f=0,即f=-f,即f=-f,则f(x+3)=-f(-x),又f(x)为偶函数,所以f(-x)=f(x),即f(x+3)=-f(x),所以f(x+6)=-f(x+3)=f(x),故f(x)是以6为周期的周期函数,故C正确;故选BCD.
1.(2021·全国甲卷)下列函数中是增函数的为(D)
A.f(x)=-x B.f(x)=x
C.f(x)=x2 D.f(x)=
解析 如图,在坐标系中分别画出A、B、C、D四个选项中函数的大致图象,即可快速直观判断D项符合题意.故选D.
2.(2023·天津高考)函数f(x)的图象如下图所示,则f(x)的解析式可能为(D)
A.f(x)= B.f(x)=
C.f(x)= D.f(x)=
解析 由题图可知函数f(x)的图象关于y轴对称,所以函数f(x)是偶函数.对于A,f(x)=,定义域为R,f(-x)==-f(x),所以函数f(x)=是奇函数,所以排除A;对于B,f(x)=,定义域为R,f(-x)==-=-f(x),所以函数f(x)=是奇函数,所以排除B;对于C,f(x)=,定义域为R,f(-x)==f(x),所以函数f(x)=是偶函数,又x2+2>0,ex+e-x>0,所以f(x)>0恒成立,不符合题意,所以排除C;分析知,选项D符合题意,故选D.
3.(2025·全国一卷)已知f(x)是定义在R上且周期为2的偶函数,当2≤x≤3时,f(x)=5-2x,则f=(A)
A.- B.-
C. D.
解析 f=f=f=5-2×=-.
4.(2021·新课标Ⅰ卷)已知函数f(x)=x3(a·2x-2-x)是偶函数,则a=_1_.
解析 因为f(x)=x3(a·2x-2-x)的定义域为R,且是偶函数,所以f(-x)=f(x)对任意的x∈R恒成立,所以(-x)3(a·2-x-2x)=x3(a·2x-2-x)对任意的x∈R恒成立,所以x3(a-1)(2x+2-x)=0对任意的x∈R恒成立,所以a=1.
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